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Jul 07, 2023

Engenheiros usam kirigami para fazer estruturas ultrafortes e leves

22 de agosto de 2023 Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

22 de agosto de 2023

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por Adam Zewe, Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Os sólidos celulares são materiais compostos por muitas células que foram compactadas, como em um favo de mel. A forma dessas células determina em grande parte as propriedades mecânicas do material, incluindo a sua rigidez ou resistência. Os ossos, por exemplo, são preenchidos com um material natural que lhes permite ser leves, mas rígidos e fortes.

Inspirados nos ossos e outros sólidos celulares encontrados na natureza, os humanos usaram o mesmo conceito para desenvolver materiais arquitetados. Ao alterar a geometria das células unitárias que compõem esses materiais, os pesquisadores podem personalizar as propriedades mecânicas, térmicas ou acústicas do material. Os materiais arquitetônicos são usados ​​em muitas aplicações, desde espuma de embalagem com absorção de choque até radiadores reguladores de calor.

Usando o kirigami, a antiga arte japonesa de dobrar e cortar papel, os pesquisadores do MIT fabricaram agora um tipo de material arquitetado de alto desempenho conhecido como treliça de placas, em uma escala muito maior do que os cientistas conseguiram anteriormente por fabricação aditiva. Esta técnica permite-lhes criar estas estruturas a partir de metal ou outros materiais com formas personalizadas e propriedades mecânicas especificamente adaptadas.

"Este material é como a cortiça de aço. É mais leve que a cortiça, mas com elevada resistência e elevada rigidez", afirma o professor Neil Gershenfeld, que lidera o Centro de Bits e Átomos (CBA) do MIT e é autor sénior de um novo artigo sobre esta abordagem.

Os pesquisadores desenvolveram um processo de construção modular no qual muitos componentes menores são formados, dobrados e montados em formas 3D. Usando esse método, eles fabricaram estruturas e robôs ultraleves e ultrafortes que, sob uma carga específica, podem se transformar e manter sua forma.

Como essas estruturas são leves, mas fortes, rígidas e relativamente fáceis de produzir em massa em escalas maiores, elas podem ser especialmente úteis em componentes arquitetônicos, de aviões, automotivos ou aeroespaciais.

Juntando-se a Gershenfeld no artigo estão os co-autores principais Alfonso Parra Rubio, assistente de pesquisa no CBA, e Klara Mundilova, estudante de pós-graduação em engenharia elétrica e ciência da computação do MIT; junto com David Preiss, aluno de pós-graduação do CBA; e Erik D. Demaine, professor de ciência da computação do MIT. A pesquisa será apresentada na Conferência de Computadores e Informações em Engenharia da ASME, realizada em Boston, de 20 a 23 de agosto.

Materiais arquitetados, como treliças, são frequentemente usados ​​como núcleos para um tipo de material compósito conhecido como estrutura sanduíche. Para visualizar uma estrutura sanduíche, pense em uma asa de avião, onde uma série de vigas diagonais que se cruzam formam um núcleo de treliça que fica imprensado entre um painel superior e um painel inferior. Esta treliça tem alta rigidez e resistência, mas é muito leve.